[發明專利]利用微反應器連續合成生物柴油的方法

有效

• 申請號: 201310036534.5
• 申請日: 2013-01-30
• 公開（公告）號: CN103103025A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 戴建英;李冬媛;修志龍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C11C3/10
• 分類號: C11C3/10;C10L1/02
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 賈漢生;李馨

技術領域

本發明涉及生物柴油技術領域，尤其涉及以油脂和醇為原料、在堿催化作用下發生酯交換反應連續生產生物柴油的方法。

背景技術

生物柴油是以可再生的植物油脂或動物油脂為原料制備的一種脂肪酸酯類。因其優越的性能、對環境友好及可再生性，被認為是石化柴油的一種優良替代品。

生物柴油主要通過酯交換反應獲得。由于油脂與醇兩液互不相溶、酯交換反應可逆，所以該反應通常需要在劇烈攪拌、醇過量條件下進行。一般在常壓、60℃、醇油摩爾比為6～9、堿催化劑用量為油重的1.0～2%條件下反應0.5～1h，生物柴油收率可達95%以上。工業上通常在攪拌反應釜中采用間歇或連續生產方式進行。這種生產方式存在能耗大、反應時間長、生產強度低的問題。

針對反應液兩相不互溶、生產強度低的問題，近年來開發了不少新的連續生產工藝。Kumar等（Energies2010,3,43-56）提出了一種利用常規攪拌反應釜連續生產生物柴油的方法。在該方法中，5個反應釜串聯，劇烈攪拌（800rpm）下于65℃反應。在醇油摩爾比為7、堿催化劑用量為油重的1.0%、總停留時間為21.04min時，生物柴油收率可達99%。雖然該方法相對于傳統方法在反應時間上有所改善，但仍有待于進一步提高，而且該方法的能耗也很大。

微反應器是一類利用微加工技術制造的、通道尺寸在1μm～1mm的小型反應器的統稱。與常規反應器相比，微反應器具有比表面積大、體積小、過程連續、易平行放大等特點，因其優良的傳質、傳熱性能被應用于生物柴油的制備。因微反應器結構設計不同，導致其傳質、傳熱效率亦不相同，所以生物柴油的生產效率因反應器而異。

例如，中國專利CN100372915C公開了以市售毛細管作為微反應通道的微反應器制備生物柴油的情形，在60℃、停留時間5min左右，生物柴油收率可達95%。此類微反應中，流體的流型為柱塞流，油相與醇相的混合效率取決于流體的流速。與Kumar等提出的技術相比，該技術的反應時間縮短4倍，生產強度提高。但是該技術需要將反應物料進行預混合，實際上在此過程中低效率的反應已經開始。因此，加上預混合的反應時間，該技術合成生物柴油的總反應時間并不短，而且液液兩相的混合僅僅依賴于流速，傳質效率亦不高。CN101333451A公開的技術將混合效果進行了改良。該技術的微反應系統由微混合器和微反應器兩種設備組成，且在微混合階段就進行加熱以便開始反應。不考慮微混合的時間，通常反應液在微反應器中需停留5min左右，生物柴油得率可達95%。這兩種技術均存在缺陷，首先微通道內流體混合效率差，導致反應時間較長，通常需要5min左右；其次反應需要預混合或額外的微混合器，增加了輔助設備。

針對微通道內的流體混合情況，Wen等（Bioresour?Technol2009,100,3054-3060）采用“Z”型結構的微通道強化傳質，但在物料進入微反應器前仍需要一個三口連接將兩股原料進行混合。在此類通道中，除了柱塞流外，還有因通道轉角產生的局部湍流，大大改善了傳質。采用此反應器，56℃反應，停留時間縮短至28s，生物柴油收率可達99%。

Sun等（Ind?Eng?Chem?Res2010,49,1259-1264）采用一個微混合器和一個PTFE管組成的微反應器進行生物柴油的快速合成，在70℃、流速為10ml/min條件下將反應時間縮短至17s，這是迄今報道的反應時間最短的工藝。但是該溫度已超過甲醇沸點，壓力高達0.7MPa，對設備有較高的耐壓要求，而且該工藝也需要額外的微混合器。

因此，進一步簡化生物柴油生產設備，開發反應時間更短、效率更高的生物柴油連續生產工藝是非常必要的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種利用微反應器連續生產生物柴油的方法。

本發明提供的利用微反應器連續合成生物柴油的方法，其特征在于，將一定比例的堿催化劑溶于低碳醇中，將此溶液和油脂按一定比例分別注入持續加熱的微反應器中，在常壓和40～64°C進行反應，控制物料在微反應器中的停留時間為0.1～1min，其中微反應器的微通道包括微混合通道與微反應主通道兩部分。

下面結合圖1對微反應器的結構進行說明，但其不受圖1所示結構的限制，還可以在符合本發明宗旨的范圍內對該結構作任意變更。